物理新课标高中总复习专题2-牛顿运动定律与直线运动省名师优质课赛课获奖课件市赛课一等奖课件

专题二牛顿运动定律与直线运动第1页

牛顿运动定律是处理动力学问题基础，是高中物理学基石，它应用不但仅局限于力学范围，在电磁学与其它范围也有广泛应用，所以它一直是高考热点内容，在高考试题中以选择题、计算题两种题型出现，以中等难度为主，是高考必考内容．直线运动是运动中特殊情景，主要有匀速直线运动、匀变速直线运动、非匀变速直线运动及往返直线运动等，是每年必考内容之一．总结近年高考命题趋势，考查方式灵活多样，现有单独命题，又有综合命题，还常以实际问题为背景命题，如以交通、体育、人造卫星、天体物理和日常第2页生活等方面问题为背景，重点考查获取并处理信息，去粗取精，把实际问题转化成物理问题能力．复习时既要重视知识综合利用，又要注意思维创新和方法灵活选取．年浙江卷14题、19题包括了牛顿第二定律和直线运动，分别侧重了整体法、隔离法应用和电磁学结合.年要关注受力分析和过程分析，同时要注意牛顿运动定律与曲线运动、万有引力、电磁学综合应用．第3页

与电磁场结合直线运动【例1】(·金华二中模拟)质量为m，带电量为+q小球以一定初速度v0与水平方向成

角射出，如图2­1­1所表示，假如在某方向加上一定大小匀强电场后，能确保小球仍能沿v0方向做直线运动，则所加电场最小值为().A.

.

B.C.

D.图2­1­1B类型一第4页【解析】

(1)建如图甲所表示坐标系，设场强E与v0成

角，则受力如图：由牛顿第二定律可得：Eqsin

-mgcosq=0①Eqcos

-mgsinq=ma②由①式得：E=③【分析】由题意可知小球沿v0方向做直线运动，设小球重力与电场力合外力为F，判定小球重力与电场力合外力在v0所在直线上．第5页Emin=选B.

(2)采取图解法求解，如图乙所表示：从图中可得，过重力箭头到速度反向延长线垂直线段最短，这段线段表示所求最小电场力．，则E=

由式得：③选B.

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【评析】

带电粒子在复合场中运动问题，实质是力学问题，其解题普通步骤依然为：确定研究对象；进行受力分析(注意重力是否能忽略)；依据粒子运动情况，利用牛顿运动定律、动能定理或能量关系列出方程式求解．本题考查了力与运动关系，难度较大，要善于挖掘题目标隐含条件，依据“确保小球仍能沿方v0向做直线运动”条件，推测合外力情况，同时本题要能灵活利用图解法求解，比较方便、简捷．第7页【变式题】(·四川)如图2­1­2所表示，圆弧虚线表示正点电荷电场等势面，相邻两等势面间电势差相等．光滑绝缘直杆沿电场方向水平放置并固定不动，杆上套有一带正电小滑块(可视为质点)，滑块经过绝缘轻弹簧与固定点O相连，并以某一初速度从M点运动到N点，OM<ON.若滑块在M、N时弹簧弹力大小相等，弹簧一直在弹性程度内，则()AC第8页A．滑块从M到N过程中，速度可能一直增大B．滑块从位置1到2过程中，电场力做功比从位置3到4小C．在M、N之间范围内，可能存在滑块速度相同两个位置D．在M、N之间可能存在只由电场力确定滑块加速度大小三个位置第9页【例2】

如图2­2­1所表示，一个弹簧台秤秤盘质量和弹簧质量都不计，盘内静止放置一个物体P，P质量m=12kg，弹簧劲度系数k=300N/m.现在给P施加一个竖直向上力F，使物体P从静止开始向上做匀加速直线运动，已知在t=0.2s内F是变力，在0.2s以后F是恒力，g=10m/s2.求：(1)物体P匀加速运动加速度；(2)F最小值和最大值各是多小？弹簧类问题类型二第10页【分析】本题关键是找到t=0.2s时刻，物体P位置，因为本题弹簧台秤秤盘质量和弹簧质量都不计，则t=0.2s时弹簧恰好恢复到原长．第11页

【解析】(1)因为在t=0.2s内F是变力，在t=0.2s以后F是恒力，所以在t=0.2s时，P离开秤盘．此时P受到盘支持力为零，因为盘和弹簧质量都不计，所以此时弹簧处于原长．在0～0.2s这段时间内P向上运动距离：X==0.4m因为，所以P在这段时间加速度a=20m/s2(2)当P开始运动时拉力最小，此时对物体P有，又所以时N=mg，所以有=240N当P与盘分离时拉力F最大，=360N.第12页

【评析】中学阶段，普通包括弹簧不计其质量，称之为“轻弹簧”，是一个理想化模型．弹簧类问题要注意以下几点：(1)弹簧弹力遵照胡克定律，在题目中要注意先确定原长位置、现长位置、形变量x与空间位置改变关系．分析形变所对应弹力大小、方向，以此来分析计算物体运动状态可能性．(2)弹簧形变发生及改变需要一段时间，在瞬间内形变量可认为不变．所以在分析瞬时改变时，认为弹力不变．(3)弹簧弹力做功，因为弹力是变力，但形变是线性改变，可用平均力争解．弹力做了多少功，一定有对应弹性势能发生了改变．第13页

【变式题】如图2­2­2所表示，质量为m小球用水平弹簧系住，并用倾角为30°光滑木板AB托住，小球恰好处于静止状态．当木板AB突然向下撤离瞬间，小球加速度为()A．0B．大小为g，方向竖直向下C．大小为g，方向垂直于木板向下D．大小为g，方向水平向右图2­2­2C第14页

【解析】未撤离木板前，小球受到重力G，弹簧拉力F，木板支持力FN，如图所表示，三力平衡，于是有：FNcosq=mg，FN=当撤离木板瞬间，G和F保持不变(弹簧弹力不能突变)，木板支持力FN马上消失，小球受G和F协力大小等于AB撤离之前FN(三力平衡)，方向与FN方向相反，故加速度方向为垂直木板向下，大小为：a===g.第15页皮带类问题

【例3】一水平浅色长传送带上放置一煤块(可视为质点)，煤块与传送带之间动摩擦因数为μ.初始时，传送带与煤块都是静止．现让传送带以恒定加速度a0开始运动，当其速度到达v0后，便以此速度做匀速运动．经过一段时间，煤块在传送带上留下了一段黑色痕迹后，煤块相对于传送带不再滑动．求此黑色痕迹长度．

【分析】本题关键是对皮带与煤块隔离分析，结合牛顿运动定律判断得出各自运动情况，因为运动情况不一样，轨迹长度不等，正是形成黑色痕迹原因．类型三第16页

依据“传送带上有黑色痕迹”可知，煤块与传送带之间发生了相对滑动，煤块加速度a小于传送带加速度a0.依据牛顿运动定律，可得a=μg.设经历时间t，传送带由静止开始加速到速度等于v0，煤块则由静止加速到v，v0=a0t，v=at因为a<a0，故v<v0，煤块继续受到滑动摩擦力作用．再经过时间t′，煤块速度由v增加到v0，有v0=v+at′今后，煤块与传送带运动速度相同，相对于传送带不再滑动，不再产生新痕迹．

第17页

【评析】本题从实际出发，从生活中提炼，创设了一个新情景，学生经过构建传送带模型，以隔离法为处理方法，利用牛顿运动定律进行求解，也能够巧妙利用v—t图象快速处理．传送带上留下黑色痕迹长度l=x0-x，由以上各式得L=x0=a0t2+v0t′，设在煤块速度从0增加到v0整个过程中，传送带和煤块移动距离分别为x0和x，有第18页

【变式题】(·金华二中月考)如图2­3­1所表示，传送带与地面倾角q=37°，从A端到B端长度为16m，传送带以v0=10m/s速度沿逆时针方向转动．在传送带上端A处无初速地放置一个质量为0.5kg物体，它与传送带之间动摩擦因数为μ=0.5，求物体从A端运动到B端所需时间是多少？(sin37°=0.6，cos37°=0.8)图2­3­1第19页

【解析】物体放在传送带上后，开始阶段，传送带速度大于物体速度，传送带施加给物体一沿斜面向下滑动摩擦力，物体由静止开始加速下滑，受力分析如图(a)所表示；当物体加速至与传送带速度相等时，因为μ＜tanq，物体在重力作用下将继续加速，今后物体速度大于传送带速度，传送带给物体沿传送带向上滑动摩擦力，但协力沿传送带向下，物体继续加速下滑，受力分析如图(b)所表示．综上可知，滑动摩擦力方向在取得共同速度瞬间发生了“突变”．第20页开始阶段由牛顿第二定律，得mgsinq+μmgcosq=ma1，a1=gsinq+μgcosq=10m/s2物体加速至与传送带速度相等时需要时间为t1=v0/a1=1s，发生位移为x==5m＜16m，可知物体加速到10m/s时仍未抵达B点．第二阶段受力分析如图(b)所表示，应用牛顿第二定律，有mgsinq-μmgcosq=ma2所以a2=2m/s2设第二阶段物体滑动到B端时间为t2，则LAB-x=v0t2+=11m解得t2=1s，t2′=-11s(舍去)故物体经历总时间t=t1+t2=2s第21页连接体问题若干个物体经过一定方式连接在一起，就组成了连接体，其连接方式普通经过细绳、轻杆等物体来实现．连接体常会处于某种运动状态，如处于平衡状态或以相同加速度运动．求解连接体加速度或内部物体间相互作用力，是力学中能力考查主要内容，在高考中也经常出现，处理上述问题有效方法是综合利用整体法与隔离法．类型四第22页

【例4】如图2­4­1所表示，质量M=8kg小车放在水平光滑平面上，在小车左端加一水平恒力F=8N，当小车向右运动速度到达1.5m/s时，在小车前端轻轻地放上一个大小不计，质量为m=2kg小物块，物块与小车间动摩擦因数μ=0.2，小车足够长．求从小物块放上小车开始，经过t=1.5s小物块经过位移大小为多少？(取g=10m/s2)．图2­4­1

【分析】这类题求解关键是利用整体、隔离法受力分析，再利用牛顿运动定律求解第23页

【解析】开始一段时间，物块相对小车滑动，二者间相互作用滑动摩擦力大小为：Ff=μmg=4N物块在Ff作用下加速，加速度为am==2m/s2，

小车在推力F和Ff作用下加速，加速度为aM=初速度为v0=1.5m/s=0.5m/s2，从静止开始运动．设经过时间t1，二者到达共同速度v，则有：v=amt1=v0+aMt1代入数据可得：t1=1s，v=2m/s在这t1时间内物块向前运动位移为

第24页以后二者相对静止，相互作用摩擦力变为静摩擦力．将二者作为一个整体，在F作用下运动加速度为a，则F=(M+m)a，得a=0.8m/s2在剩下时间t2=t-t1=0.5s时间内，物块运动位移为x2=vt2+可见小物块在总共1.5s时间内经过位移大小为，得x2=1.1m.

【评析】对于有共同加速度连接体问题，普通先用整体法由牛顿第二定律求出加速度，再依据题目要求，将其中某个物体进行隔离分析和求解．对于加速度不一样连接体应对每个物体分别隔离分析受力和运动．x=x1+x2=2.1m.第25页【变式题】

(·全国Ⅰ)如图2­4­2，轻弹簧上端与一质量为m木块1相连，下端与另一质量为M木块2相连，整个系统置于水平放置光滑木板上，并处于静止状态．现将木板沿水平方向突然抽出，设抽出后瞬间，木块1、2加速度大小分别为a1、a2.重力加速度大小为g.则有()A．a1=g，a2=gB．a1=0，a2=gC．a1=0，a2=gD．a1=g，a2=g图2­4­2c第26页【解析】在抽出木板瞬时，弹簧对1支持力和对2压力并未改变．木块1受重力和支持力，mg=F，a1=0.木块2受重力和压力，依据牛顿第二定律：a2==g.第27页临界问题处理临界问题，必须在改变中去寻找临界条件，即不能停留在一个状态来研究临界问题，而是要研究改变过程、改变物理量，寻找临界条件，处理临界问题基本思绪是：

(1)认真审题，详尽分析问题中改变过程(包含分析整体过程中有几个阶段)；(2)寻找过程中改变物理量(自变量与因变量)；(3)探索因变量随自变量改变时改变规律，要尤其注意相关物理量改变情况；(4)确定临界状态，分析临界条件，找出临界关系．显然分析改变过程、确定因变量随自变量改变规律，是处理问题关键．类型五第28页【例5】一圆环A套在一均匀圆木棒B上，A高度相对B长度来说能够忽略不计．A和B质量都等于m，A和B之间滑动摩擦力为f(f<mg)．开始时B竖直放置，下端离地面高度为h，A在B顶端，如图2­5­1所表示．让它们由静止开始自由下落，当木棒与地面相碰后，木棒以竖直向上速度反向运动，而且碰撞前后速度大小相等．设碰撞时间很短，不考虑空气阻力，问：在B再次着地前，要使A不脱离B，B最少应该多长？图2­5­1第29页【解析】释放后A和B相对静止一起做自由落体运动，B着地前瞬间速度为v1=B与地面碰撞后，A继续向下做匀加速运动，B竖直向上做匀减速运动．它们加速度大小分别为aA=，aB=B与地面碰撞后向上运动到再次落回地面所需时间为t=在此时间内A位移为x=v1t+要在B再次着地前A不脱离B，木棒长度L必须满足条件L≥x，联立以上各式，aAt2解得L≥

第30页

【评析】临界状态是从一个物理现象(状态、过程)到另一个物理现象(状态、过程)时所出现转折点．临界问题错综复杂，临界条件千变万化，有临界条件较为显著，轻易判断，但更多临界条件是隐含．第31页

【变式题】如图2­5­2所表示，在光滑水平面上放着紧靠在一起AB两物体，B质量是A2倍，B受到向右恒力FB=2N，A受到水平力FA=(9-2t)N，(t单位是秒)．从t=0开始计时，则()A．A物体在3s末时刻加速度是初始时刻倍B．t>4s后，B物体做匀加速直线运动C．t=4.5s时，A物体速度为零D．t＞4.5s后，A、B加速度方向相反

图2­5­2ABD第32页当t=4s时N=0，A、B两物体开始分离，今后B做匀加速直线运动，而A做加速度逐步减小加速运动，当t=4.5s时A物体加速度为零而速度不为零．t＞4.5s后，A所受合外力反向，即A、B加速度方向相反．当t<4s时，A、B加速度均为a=.总而言之，选项A、B、D正确．-FB

=

对于A、B整体据牛顿第二定律有：FA+FB=(mA+mB)a，设A、B间作用为N，则对B据牛顿第二定律可得：N+FB=mBa解得N=mBN【解析】第33页多过程问题图2­6­1

【例6】一小圆盘静止在桌布上，位于一方桌水平面中央．桌布一边与桌

AB边重合，如图2­6­1所表示．已知盘与桌布间动摩擦因数为μ1，盘与桌面间动摩擦因数为μ2.现突然以恒定加速度a将桌布抽离桌面，加速度方向是水平且垂直于AB边．若圆盘最终未从桌面掉下，则加速度a满足条件是什么？(以g表示重力加速度)

类型六第34页

(1)小圆盘运动分为两个阶段：一是在桌布上以μ1g加速度向前匀加速运动一段距离x1，取得速度v1；二是在桌子上以μ2g加速度向前匀减速运动，滑行距离为x2，则x1+x2≤(2)桌布以a加速度向前加速运动距离x=at2；同时圆盘向前运动x1距离，二者相对位移大小恰好为.【分析】第35页

【解析】设圆盘质量为m，桌长为l，在桌布从圆盘下抽出过程中，盘加速度为a1，有：μ1mg=ma1桌布抽出后，盘在桌面上做匀减速运动，以a2表示加速度大小，有μ2mg=ma2设盘刚离开桌布时速度为v1，移动距离为x1，离开桌布后在桌面上在运动距离x2后便停下，有v=2a1x1v=2a2x2盘没有从桌面上掉下条件是x2≤l-x1第36页x1=2a1t2由以上各式解得x=at2而x=l+x1设桌布从盘下抽出时间为t，在这段时间内桌布移动距离为x，有t=a≥第37页

【评析】本题包括圆盘与桌布两个物体运动，且圆盘运动又分匀加速和匀减速运动，是一个综合性很强动力学问题．对于这类物理情景相对比较复杂、隐蔽，而物理量之间关系比较难找问题，要经过“读题”、“画情景图”“规范列式”等活动，在主动联想、类比等交互中寻求答案，提升综合分析和处理问题能力．第38页

【变式题1】总质量为80kg跳伞运动员从离地500m直升机上跳下，经过2s拉开绳索开启降落伞，如图2­6­2所表示，是跳伞过程中v-t图，试依据图象求：(g取10m/s2)

(1)t=1s时运动员加速度和所受阻力大小．(2)估算14s内运动员下落高度及克服阻力做功．(3)估算运动员从飞机上跳下到着地总时间．第39页(1)从图中能够看出，在t=2s内运动员做匀加速运动，其加速度大小为a=m/s2=8m/s2=设此过过程中运动员受到阻力大小为f，依据牛顿第